淺談衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位精度測試的方法

章俊華，楊通旭，戴志春，彭 超，伍 俊

（湖南衛(wèi)導(dǎo)信息科技有限公司，長沙 410000）

1 引言

隨著我國衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，自主產(chǎn)權(quán)的北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一期建設(shè)已經(jīng)基本完成，并且已將城市的投入使用，隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，與衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)的產(chǎn)業(yè)也都發(fā)展迅速，包括維保系統(tǒng)、運控系統(tǒng)、運營系統(tǒng)以及相應(yīng)的終端產(chǎn)業(yè)。

在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的性能指標(biāo)中，最為重要的就是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的定位精度。所謂的定位精度就是在一定條件下，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)所能夠達(dá)到的定位水平，換句話說，就是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)確定的坐標(biāo)和實際坐標(biāo)間的離散度和差異度。定位精度的評估要和一定的測試條件以及導(dǎo)航接收機(jī)的狀態(tài)所對應(yīng)，主要包含以下幾個方面：

（1）衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的狀態(tài)：動態(tài)和靜態(tài)。

（2）定位精度測試的坐標(biāo)系統(tǒng)：地方坐標(biāo)和大地坐標(biāo)。

（3）不同時段的定位精度。

因此本文從以上幾個方面進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的定位精度測試方法的探討。

2 定位精度評估方法

評估定位精度的方法通常采用的是內(nèi)符合精度以及外符合精度兩種方法。內(nèi)符合精度表示的是定位結(jié)果的離散度，參考值為一組定位結(jié)果的平均值；外符合定位精度表示的定位結(jié)果和實際坐標(biāo)的差異，參考值為實際的坐標(biāo)。

3 靜態(tài)定位精度測試方法

通過上一節(jié)的內(nèi)容能夠知道，靜態(tài)定位精度的評估方法通常都是采用內(nèi)符合定位精度以及外符合定位精度兩者相結(jié)合的方法進(jìn)行的。內(nèi)符合定位精度無需已知的坐標(biāo)，只需要衛(wèi)星通視狀況良好，沒有電磁信號干擾的場地即可。外符合定位精度的測試，不僅需要衛(wèi)星通視狀況良好，沒有電磁信號干擾的場地，還要把被測試的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的天線放到已知坐標(biāo)的點位上進(jìn)行。無論是哪種方法，基本的原理都是概率統(tǒng)計法，因此，需要的樣本一定要很多，這樣才能夠滿足方法的要求。

4 動態(tài)定位精度測試方法

在實際的工作中，衛(wèi)星導(dǎo)航在接收時并不是完全靜止不動的，所以動態(tài)定位才是常用的工作模式，因此動態(tài)定位精度測試是更為重要的。

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)不論是靜態(tài)還是動態(tài)定位，基本的信號處理與數(shù)據(jù)處理方法是基本一樣的，存在的不同點在于，動態(tài)定位方法需要接收機(jī)的環(huán)路和基帶要有一定的動態(tài)特性，并且數(shù)據(jù)的處理方法也不能使用傳統(tǒng)的平滑處理方法，通常情況下都是采用下面4種：

4.1 靜態(tài)定位代替動態(tài)定位精度方法

使用這種方法的通常針對的是不具備動態(tài)測試條件的用戶，或者是對動態(tài)精度的要求并不是很高的情況。

4.2 地圖擬合方法

地圖擬合方法是把跑車得到的動態(tài)定位結(jié)果顯示在地圖上面，然后判斷道路和行車軌跡的符合程度的概略評估定位精度的方法，這種方法的缺點就是結(jié)果不精準(zhǔn)，只可以說明動態(tài)定位的概略水平，有無跳點、野值等情況。GOOGLE EARTH支持提取標(biāo)識點的經(jīng)緯度和高程信息，但是方法的操作流程特別的繁瑣。

4.3 固定軌道測試方法

在采用地圖擬合方法進(jìn)行精度的測試時，由于車輛在道路行駛的過程中一定出發(fā)生變道或者超車等行為，因此車輛的形式軌跡并不是一直不變的，采用這樣的思想，我們能夠使用固定的軌道進(jìn)行精讀的測試，在采用固定軌道測試方法的時候，通常采用的是環(huán)狀的軌道。比如公園里面兒童乘坐的小火車就能夠?qū)崿F(xiàn)。環(huán)狀軌道的半徑能夠測量得到，軌道的北向以及中心位置也能夠通過標(biāo)定精確確定，所以這個軌道上面的每一點位的坐標(biāo)都能夠精準(zhǔn)獲得。

4.4 差分定位方法

這種方法具有一定的局限性，要求具備差分GPS設(shè)備以及已知基準(zhǔn)點時，才能夠使用這種方法。這種方法的優(yōu)勢就是差分GPS的定位精度很高，所以，被試設(shè)備的定位精度評估非常的準(zhǔn)確，可以給出具體的外符合水平和高程定位精度；并且，由于差分GPS流動站設(shè)備和被試設(shè)備是同步采樣，能夠?qū)Χㄎ唤Y(jié)果的時間特性進(jìn)行考察。

5 定位精度測試需要考慮的其他因素

5.1 時段因素

北斗二號一期衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星座構(gòu)成包含5顆IGSO衛(wèi)星、5顆GEO衛(wèi)星以及4顆MEO衛(wèi)星。其中5顆GEO衛(wèi)星橫跨中國地區(qū)的精度，位于赤道的上空，相對于導(dǎo)航接收機(jī)是基本不動的，剩下的MEO以及IGSO衛(wèi)星都是按照自己的軌道進(jìn)行升降，這樣，對于不同的時段，同一個地點的衛(wèi)星的數(shù)量都是不一樣的，所以幾何的布局也是不一樣的，因此嚴(yán)格的說，定位精度的測試還需要對不同時段的影響進(jìn)行考慮。

5.2 地區(qū)因素

通過上一節(jié)內(nèi)容的分析，某一地區(qū)北斗二號能夠看見衛(wèi)星的數(shù)量是不一樣的，所以其構(gòu)成的衛(wèi)星集合精度因子也是不一樣的，造成接收機(jī)的定位精度有所區(qū)別。但是在實際的測試過程中發(fā)現(xiàn)，如果考慮不同地區(qū)衛(wèi)星星座的不同，某一個設(shè)備需要到全國幾個典型地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場的實測才可以將該因素體現(xiàn)出來，這樣對于測試的物力、人力和時間的要求較高，所以采用衛(wèi)星信號模擬器來模擬不同地區(qū)的衛(wèi)星星座，進(jìn)而進(jìn)行不同地區(qū)定位精度的評估。該模擬星座遵守所有衛(wèi)星的軌道盡量模擬現(xiàn)實，不同地區(qū)采用同一個星座，這樣才可以起到評估的作用。

6 結(jié)束語

首先探討了定位精度的評估方法，然后分析了靜態(tài)定位精度測試方法與動態(tài)定位精度測試方法，并在最后對影響定位精度測試的其他因素進(jìn)行了探討。

[1] 馬志超，陸瑾，戴丹，胡立志，桑昱，胥婕.衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)動態(tài)性能評估方法[J].上海計量測試，2016，43（04）：6-10.